分布式地震数据采集关键技术
地震监测中的数据采集与分析系统设计
地震监测中的数据采集与分析系统设计地震是一种自然灾害，对人类的生命和财产安全造成严重威胁。
为了提前预警和准确评估地震的危险程度，地震监测中的数据采集与分析系统是至关重要的。
本文将介绍一个地震监测中的数据采集与分析系统的设计。
一、系统概述地震监测中的数据采集与分析系统旨在实时采集地震相关数据，并通过数据分析和处理，提供地震事件的准确信息和预警。
该系统主要包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和信息展示模块。
1.数据采集模块数据采集模块负责收集地震相关的数据，包括地震波形数据、地震仪器数据、地震灾害数据等。
该模块可以通过多种方式获取数据，如地震仪器、传感器、卫星遥感等。
数据采集模块需要具有高灵敏度和高准确度，能够捕捉到微小的地震信号。
2.数据传输模块数据传输模块负责将采集到的地震数据传输到数据处理模块。
传输方式可以采用有线或无线方式，如以太网、无线电通信等。
数据传输模块需要保证数据传输的稳定和可靠性，并具备一定的数据压缩和加密功能，以确保数据的安全传输。
3.数据处理模块数据处理模块是整个系统的核心，负责对采集到的地震数据进行处理和分析。
数据处理模块包括数据预处理、数据分析和模型建立等环节。
数据预处理主要包括数据去噪、滤波、校正等操作，以提高数据的质量。
数据分析主要采用信号处理和统计学方法，提取地震事件的特征参数，如震级、震源深度、震源位置等。
模型建立是基于历史数据和现场观测数据建立地震预警模型，进一步提高地震预警的准确性和可靠性。
4.信息展示模块信息展示模块负责将处理和分析得到的地震信息以直观、易懂的方式呈现给用户。
该模块可以通过图表、地图、文字等形式展示地震预警信息，包括地震震级、震源位置、预计影响范围等。
信息展示模块还可以提供实时的地震数据监测和地震警报功能，以便用户及时采取相应的安全措施。
二、系统设计要点1.硬件设备选择在地震监测中的数据采集与分析系统中，需要选择适合的硬件设备来进行数据采集和处理。
地震监测预报服务的数据采集与传输技术
地震监测预报服务的数据采集与传输技术地震是自然界常见的灾害之一，对人类社会和经济带来严重的破坏。
因此，及时准确地监测和预测地震活动对地震灾害防治具有重要意义。
地震监测预报服务的数据采集与传输技术是实现地震监测和预报的核心，本文旨在探讨此技术的相关内容。
数据采集是地震监测预报服务的基础，通过采集地震活动相关数据，可精确地分析和判断地震的发生和发展趋势。
数据采集通常分为地震台站数据采集和微震数据采集两个方面。
首先，地震台站数据采集是地震监测预报服务中不可或缺的环节。
地震台站主要通过传感器等设备收集地震波和地震参数等数据，并将其传输给地震监测中心进行处理分析。
地震台站的布设关乎到地震监测的全面性和准确性。
目前，地震台站数据采集技术主要包括了地震仪、传感器和数据传输等方面。
地震仪作为地震台站数据采集的核心设备，通过测量地震波传播到台站的波形信号，从而分析地震的强度和震源信息等。
地震仪的发展经历了模拟地震仪、数字地震仪以及网络化地震仪等多个阶段。
网络化地震仪可以通过通信网络实现远程数据采集和传输，大大提高了地震监测的效率和准确性。
传感器是地震台站数据采集的重要组成部分，用于转换地震波的物理量为电信号，进一步进行数据处理和分析。
常见的地震传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器等。
这些传感器具有高灵敏度、宽频带和稳定性等特点，可以准确地捕捉地震波的变化，为地震监测提供重要依据。
数据传输是地震台站数据采集的关键环节，决定了数据的实时性和传输的稳定性。
传统的数据传输方式主要采用有线传输，如电话线、光缆等，但由于其受限于传输距离和成本等问题，限制了地震监测的范围和效果。
而如今，无线传输技术的快速发展为地震数据的实时传输提供了更好的解决方案。
例如，利用无线网络、卫星通信和移动通信技术，可以实现地震数据的远程传输和实时监测，提高地震预报的准确度和及时性。
除地震台站数据采集外，微震数据采集也是地震监测预报服务的重要组成部分。
地震监测系统中的数据采集与实时处理方法研究
地震监测系统中的数据采集与实时处理方法研究一、引言地震是人类社会面临的一种重要自然灾害，对于地震的监测和预测具有十分重要的意义。
地震监测系统是一种用于收集、传输、处理和分析地震相关数据的复杂系统。
其中，数据采集和实时处理是地震监测系统中的重要环节。
本文将深入探讨地震监测系统中的数据采集与实时处理方法的研究。
二、地震监测系统数据采集方法为了对地震进行准确监测，地震监测系统需要收集各类地震相关数据。
数据采集主要包括地震仪器的选取、数据传输方式以及数据存储等环节。
1. 仪器选取地震监测中常用的仪器有地震计、地面加速度仪和地下液压仪等。
地震计是记录地震波形数据的主要设备，地面加速度仪用于测量地震震级及其他参数，地下液压仪用于监测地壳变形。
在选取仪器时，要根据监测的特定目标和条件进行综合考虑。
2. 数据传输方式地震监测系统中的数据传输方式多种多样，包括有线传输和无线传输。
有线传输可以通过地下电缆或光纤网络进行，传输稳定可靠；无线传输则可以利用无线传感器网络等技术，克服传输距离和复杂环境的限制。
3. 数据存储采集到的地震数据需要进行存储以备后续分析和处理。
常见的数据存储方式有物理介质存储和云存储。
物理介质存储包括硬盘、光盘等，云存储则通过将数据上传至云端进行存储，具有较高的可靠性和安全性。
三、地震监测系统实时处理方法地震监测系统中的实时处理方法对于快速、准确地判断地震情况至关重要。
实时处理主要包括数据预处理、特征提取和事件定位等环节。
1. 数据预处理地震数据预处理主要包括地震数据质量控制、滤波和去噪等。
地震数据质量控制通过对数据进行差错检查和纠正，确保采集到的数据完整、准确；滤波则可以去除无关的频率成分，使得后续数据处理更加精确有效；去噪则可以去除地震数据中的噪声干扰。
2. 特征提取特征提取是地震监测系统中的关键步骤，能够从海量的地震数据中提取出重要的地震参数。
常见的特征包括地震波形、频谱分析、震级和震源参数等。
地震仪器数据采集同步技术
2006年9月 物 探 装 备第16卷 第3期・专论与综述・地震仪器数据采集同步技术潘中印13 黄 健2 张忠娅1 马启晓1(1.东方地球物理公司西安装备分公司,陕西西安710061;2.新星公司第二物探大队)摘 要潘中印,黄健,张忠娅,马启晓.地震仪器数据采集同步技术.物探装备,2006,16(3):165～167 “采集同步精度”反映了所采集的地震数据的真实性,影响地震资料的处理和解释,是当今分布式地震数据采集系统的一项重要技术指标。
野外施工中,仪器中心记录单元通过有线或无线方式,管理着距其几百米到几千米范围内分布的地震数据采集单元,进行数据采集,而地震测线上的数十个甚至数百个采集单元的同步启动采集尤显重要。
鉴于现有的相关技术资料较少,文章以SN388仪器为例,对有线遥测地震数据采集系统采用的“采集同步”技术进行了较全面的介绍,供设计人员参考。
关键词 地震仪器 数据采集 同步技术ABSTRACTP an Zhongyin,H u ang Jian,Zhang Zhongya and Ma Q ixiao.Simultaneous d ata acquisition of seismograph.EGP, 2006,16(3):165～167 "Simultaneous acquisition precision"reflects the trueness of acquired seismic data that affects the processing and interpretation of seismic data and is an important technical index of distributed seismic data acquisition system.Dur2 ing field construction,the record unit of seismograph center manages seismic data acquisition units distributing from several hundreds to several thousands meters away f rom the center by wire or wireless mode and implements data ac2 quisition,receiving and record,in which simultaneous start2up of dozens even hundreds of acquisition units on seis2 mic line for data acquisition is very important.In view of less available relative technical materials,so the paper, taking SN388seismograph as an example,comprehensively introduced"simultaneous acquisition"technique adopted by remote wire seismic data acquisition system,which give a reference to designer.K ey w ords seismograph,data acquisition,simultaneous technique引 言“采集同步精度”是衡量当代地震仪器先进性的重要指标之一。
地震数据采集器关键技术研究
彭 林
朝
定， 而 要保 证这 些精 度 ， 就要 求地 震数 据采 集器 在 ３ 个 方 面具 有很 高 的性 能 ： ①采 集 时 间精 度
Ｄ 足够高， 是 保证 地震 定位 精度 的前 提； ②信 噪 比足 够 大 ； ③ 能够 精 确标 定 地 震 前端 传 感器 的传
１ ８ Ｏ
地
震
地
磁
观
测
与
研
究
Ｇ Ｐ Ｓ模 块 同步 以后 ， 此 时 采 集 器 采 集 数 据 时 的 绝 对 时 间误 差 被 称 为 授 时 精 度 ； 当采 集 器 与 Ｇ Ｐ Ｓ模 块失 步 ， 或 者为 了减少 电源 消耗将 Ｇ Ｐ Ｓ模块 电源 关 闭时 ， 采 集 器采 集 数据 的 时 间是 依
地 震 地 磁 观 测 与 研 究 第 ３ ４ 卷 第 ３ ／ ４期 ２ ０ １ ３年 ８月
ＳＥＩ ＳＭ ０ ＬＯ ＧＩ Ａ Ｌ Ａ ＮＤ ＧＥ０Ｍ ＡＧ Ｎ ＥＴ Ｉ Ｃ ０ＢＳＥＲＶ ＡＴ １ ０Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ＲＥＳＥＡＲ ＣＨ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ３ ／ ４
靠采 集器 内部 的时钟 维持 的 ， 此 时采集 器 采集数 据 时的绝对 时 间误差 被称 为守 时精 度 ， 守 时精
度是 一个 反 映时钟 漂移率 的指 标 。 目前 ， 大 多数 地震 数 据 采集 器 的授 时精 度 为小 于 １ ｍｓ ， 守 时精 度小 于 １ ｍｓ ／ 天 。显 然 ， 守时精 度还 不满 足地 震观 测 的要 求 ， 因此 ， 采集 器 中的 Ｇ Ｐ Ｓ模 块 基本 选 择连续 工作 的方式 ， 这 就带来 了附加 的功率 损失 ， 仍 然不 能解 决 Ｇ Ｐ Ｓ模 块故 障 、 天 线故 障带 来 的守时 问题 。对 于无人值 守 台站 和流动 观 测 台站 来说 是 一 个不 能 忽 视 的 问题 ， 特 别是 在非 实 时传送 数据 信息 时 ， 如果 时 间精度 不高 或者 时间信 息丢 失 ， 则 所存储 的数 据没有 多 大 的 实 际意 义 （ 朱祖 阳 ， ２ ０ ０ ７ ） 。因此 ， 如 何进一 步提 高地 震数据 采集 器授 时精 度和 守时精 度是 保证 观 测数 据质量 的一 个重 要 因素 。
第四章 地震数据采集系统及 相关技术
第四章 地震数据采集系统及相关技术第一节 地震数据采集系统组成地震勘探技术、电子技术、计算机技术及信息技术共同推动了地震数据采集仪器的不断发展和更新换代，共经历了模拟光点地震仪、模拟磁带地震仪、集中式数字地震仪和分布式遥测地震仪。
一、 集中式地震数据采集系统：上个世纪70年代中期，数字地震仪的出现，把地震勘探带入了一个崭新的时代， 出现了以DFS －V 和SN338为代表的集中式数字地震仪。
集中式地震数据采集仪器成功用于野外地震勘探约20年。
集中式地震勘探数据采集系统的最大特点是：采用IFP 与14位逐次逼近型A/D 转换器，IFP 采用3～4位增益码，A/D 转换器采用15位（1位符号位，14位尾数）逐次逼近型，集中式数字地震仪动态范围理论上可达168dB ，但实际考虑仪器噪声等因素的影响，仪器的系统动态范围一般不超过120dB 。
()20log DR =⨯记录的最大不失真电平理论（dB ）最小有效电平()max min ()20log 6DR G G n =⨯+⨯理论()20logDR =⨯记录的最大不失真电平系统（dB ）仪器系统等效输入噪声电平其中：min max ~G G 为IFP 放大器的增益范围，n 为模数转换器的位数。
二、分布式遥测地震数据采集系统把数据采集系统中的放大器、滤波器、A/D转换器、数据传输控制逻辑以及整个控制用CPU做在一个小箱体内，称为“采集站”，将采集站放置在检波点上，每个采集站用小线与1～8道检波器连接，各采集站用数字大线或以无线方式与中央控制主机相连，构成分布式（Distributed）数据采集系统。
⒈由于受到采样间隔和大线重量的限制，集中式地震仪生产道数一般不超过120道，适应不了三维地震勘探对道数的要求。
而分布式遥测地震仪的道数可达到上千道甚至上万道，完全能够满足三维地震勘探的需要。
⒉集中式数字地震仪的检波器通过大线与采集系统连接，由于大线上传输的是模拟信号，传输的距离又比较远，因此，信号易受各种干扰因素的影响。
光分布式传感网络在地震预警中的应用研究
光分布式传感网络在地震预警中的应用研究地震是一种自然灾害，每年都会发生数百次，给人类的生命财产带来了极大的损失。
因此，如何进行地震预警，以便人们能够有足够的时间采取避险措施，成为了人们长期以来探索的问题。
近年来，一种新的技术——光分布式传感网络被广泛研究和应用于地震预警中，取得了良好的效果。
一、光分布式传感网络技术光分布式传感网络是一种基于光通信的传感网络。
它采用了一种叫做“波分复用”的技术，将多个光信号传输到一个光纤中，同时从这个光纤中提取出这些光信号。
这种技术可以让多个传感器同时传输数据，大大提高了数据传输的效率和可靠性。
在地震预警中，光分布式传感网络可以将多个传感器的数据收集到一个中心节点，从而实现了对地震的快速响应和准确判断。
二、光分布式传感网络在地震预警中的应用地震预警主要是通过监测地震前兆来实现的。
目前常用的地震监测方法主要有地面台站监测、移动台站监测和智能手机监测等。
但这些方法都存在一些局限性，比如地面台站监测需要大量的设备和维护费用，移动台站监测受到设备数量和覆盖范围的限制，智能手机监测受到用户数量和精度的限制。
而光分布式传感网络可以利用大规模分布式传感器网络，在地震预警中具有很大的潜力。
光分布式传感网络与其他传感器网络相比，有以下优点：1.高精度：光分布式传感网络具有高精度和高频率响应的特点，可以实时响应地震信号，提供可靠的预警信息。
2.大规模：光分布式传感网络可以覆盖非常大的区域，同时具有高灵活性和低成本的优点。
3.实时性：光分布式传感网络可以实时收集和处理数据，提供及时的地震预警信息。
4.防灾减灾：光分布式传感网络可以帮助政府和公众更加有效地制定防灾减灾措施，减少灾害损失。
三、未来发展趋势随着科技的不断发展和人们对地震预警的需求日益增长，光分布式传感网络在地震预警中的应用前景十分广阔。
未来，光分布式传感网络的应用将不仅局限于地震预警上，还可以应用于环境监测、水文监测、气象监测等领域。
GS101分布式地震仪先进技术简介
5 高效高可靠传输协议
◆故障自动恢复、更高效率的数据传输和容错，使系统的可靠性大大提高，实现了长时间稳定运行。 ◆这个协议申请了国家发明专利，在中海油、中石油等大型地震采集系统中得到了很好的应用和检验。
6 硬件实现低切滤波
◆仪器可以实现硬件低切滤波，且低切频率可以在0-10Hz范围内通过软件配置，方便特定领域的滤波需 求，有利于快速实现信号处理。 ◆国内外其它仪器，几乎都是单一采用软件后端实现低切滤波。
中科大合肥国为GS101高精度分布式地震仪先进技术简介
序号
GS101先进技术
说明
1
模数转换器（ADC）32位和低噪 音电路设计技术
◆目前国内外主要厂商的产品都是24位ADC。 ◆32位ADC比24位ADC，具有更高转换精度，更低噪音，更高动态范围。 ◆对微弱地震波的采集，总体性能达到或超过国际先 ◆GS101与法国、美国在中国销售的仪器，在实验室和野外经过多次对比试验和测试，GS101各项指标均
进水平
优于国外仪器。
10 性价比高、私人订制
◆GS101可以针对用户的特别需求，进行软硬件的私人订制。 ◆相比国外仪器，GS101具有更高的性价比、售后服务更及时、使用维修成本更低。
◆目前国内外主要厂商的分布式地震仪，都是采用互联网技术实现命令和数据传输的，这种方法无法实 现各个检波器的高精度同步采集，同步误差通常在几十毫秒或几百毫秒，而浅层地震采集的采样率一般 在0.5ms-0.25ms，如此大的误差对地层结构的反演造成较大损害。 ◆GS101采用了时钟数据恢复技术和锁相环技术实现全局时钟分发以及命令同步补偿等多项技术，实现了 大面积检波器阵列的同步采集误差小于1μ s。这项技术全球领先，在国际SCI期刊发表了3篇论文。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
a
48
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
与可控震源配套需增加实时相关功能
▪当前采用事后相关的方法，采集之后 传送给主机，在主机内相关，时间长。
▪德国的SUMMIT相关由于容量小，高频 采样时（采样间隔为1/4ms）难以突破
2s
▪解决办法：采用DSP技术或增加模拟相 关器
a
49
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
人工 锤击
炸药
a
可控 震源
5
激励 源 激励
源
大线
地震仪 子站
检波 器 通讯线
主控站
检波 器
a
6
分布式地震仪的优越性
集中式地震仪 VS 分布式地震仪
• 模拟传输，易受干扰 • 多道共用A/D，采样
率和道数受限制 • 扩展困难
• 数字传输，抗干扰 能力强
• 道数多，采样率高 • 采集站道数可选，
扩展方便
a
23
数据采集模块设计
有、无检波器两种情况下的测试曲线
a
24
a
25
数据传输模块设计
OSI参考模型
简化模型
应用层 表示层 会话层 传输层
应用层
网络层
数据链路层
数据链路层
物理层
物理层
a
26
数据传输模块设计
物理层设计
物理层定义了基本连接的机械和电气特性，它负
责从其上层获得数据并将数据转化为在通信链路上可 以传输的格式。
❖物理层协议
▪线路配置标准：共享式总线 ▪数据通信模式：双向、同步、半双工 ▪网络拓扑结构：主从式 ▪信号传输方式：平衡传输（RS485规范） ▪编码方式：差分曼彻斯特编码 ▪传输介质：双芯电缆
a
27
数据传输模块设计
数据链路层设计
数据帧格式
命令帧格式
用户层设计
测控软件
a
28
数据传输模块设计 数据通信控制器设计
a
7
自行研制的分布式地震仪样机
a
8
a
9
总体方案设计
分两 布项 式关 地键 震技 仪术 中 的
24位Delta-Sigma技术
有线传输技术
数据传输技术 无线传输技术
集中回收技术
a
10
总体方案设计
分应 布考 式虑 地的 震几 仪个 设问 计题 中
机械物理 特性方面
工作温度范围宽； 抗震性能好； 密封性好， 具有良好的防尘、防水
数据采集模块设计
CS5396数据输出格式
数据格式一
数据格式二
a
18
数据采集模块设计
CS5396接口电路功能框图
a
19
数据采集模块设计
串并转换电路功能框图及时序图
a
20
数据采集模块设计
串并转换电路时序图
a
21
数据采集模块设计
采集触发电路
a
22
数据采集模块设计
系统测试电路
低频（0.01-100Hz）检波器的研制 ▪美国实施USArray计划 ▪解决地球深部探测问题 ▪国内当前的检波器最底达1Hz（重庆地 质仪器厂）
▪是否可以利用光纤检波器？
a
54
数据线 地址线
控制 逻辑
发送 模块
接收 模块
通
485
信
接口 总
线
a
29
0 10 1 0 0 1 1 1
曼彻斯特编码及差分曼彻斯特编码 示意图
a
30
数据传输模块设计
发送模块设计
a
31
数据传输模块设计
接收模块设计
串行 数据 接收 时钟
帧 检 测
串/并 转换
解码 电路
数字锁相环
恢复时钟
数据 输出
a
32
多分量接收需增加每个采集站的道数
▪ 采用多通道的A/D，目前已有8通道的 单片24位A/D ▪增加内存 ▪研究数据压缩算法 ▪提高数据传输能力
a
50
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
从有线传输到无线传输的转换 ▪ 研究近距离的无线通讯模块（用于城 市等浅层探测，数百米通讯距离） ▪提高通讯速率
a
1
震源
t0 t
激励源
t0 t1 t2 t3
传感器1 传感器2 传感器3 地表
地层介质1
地层介质2 地层介质3 地层介质4
a
地震仪
数据采集 与处理单元
传感器 传感器n
G1 g2 g3 g4 … g21 g22 g23 g24
2
地下探测成像示意图
a
3
PHVS-1000型可控震源系统
a
4
天然 地震
a
51
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
宽频长时的分布式记录仪
▪高精度时钟（精度要求为0.1ppm） ▪长时间记录的海量数据存储（野外工 作半年到一年） ▪低功耗 ▪电源能量的自动补给
a
52
目标系统
野外工作方式 不用连线
美国研制的分布式野外宽频
地震记录仪
a
53
分布式地震数据采集系统需要解决的几个问题
采集单元功能框图
a
13
总体方案设计
EPP通信适配器功能框图
RS
485 总 线
RS485 接口 芯片
CPLD
EPP
EPP
并
接口
行
口
电源模块
状
态
指
电池
电源模块 MPU
示
充电模块
a
14
a
15
数据采集模块设计
数据采集模块功能框图
检
模拟
波
器
前放
测试 电路
24位
CPLD SRAM
A/D
MPU
a
16
数据采集模块设计
充电
唤醒电路 电源2 充 AVR
电源1 电池组 电
模拟
模拟
正电源 负电源
数字 电源
a
43
a
44
软件设计及测试结果
主机测控软件框图
a
45
从机测控软件框图
a
46
上电复位
从
初始化
机
软
等待主机
件
指令
流 程
命令解释
图
合法命令？ 否
是
处理命令
a
47
分布式地震数据采集系统需 要解决的几个问题
▪与可控震源配套需增加实时相关功能 ▪ 多分量接收需增加每个采集站的道数 ▪ 从有线传输到无线传输的转换 ▪ 宽频长时的分布式记录仪 ▪低频（0.01-100Hz）检波器的研制
电气 性能方面
a
功耗低； 具备足够高的数传速率； 信号输入通道 具有过压保护电路； 系统动态范围大； 系统具有自我诊断测试能力 并具备一定的容错能力； 输入阻抗高。
11
总体方案设计
系统总体设计方案
主控PC
EPP通信 适配器
终端 匹配电阻
触发 单元
采集 单元
终端 匹配电阻
采集 单元
a
12
总体方案设计
同步串行通信中收发同步的建立过程
a
33
数据传输模块设计
数字锁相环功能框图
a
34
数据传输模块设计
数字锁相环状态转换图
a
35
数据传输模块设计
差分曼彻斯特解码电路
a
36
数据传输模块设计
EPP通信适配器
a
37
EPP地址写周期
a
38
地址读周期
a
39
数据写周期
a
40
数据读周期
a
41
a
42
电 源通 管讯 理 模 块 框 图